Mengapa hanya bantalan bola di atas sepeda?

Secara umum, bantalan bola berlaku dalam kecepatan yang lebih tinggi karena area kontak yang lebih kecil dan gaya gesek yang lebih kecil, tetapi bantalan rol dapat membawa beban yang lebih besar karena beban yang diterapkan pada area kontak menghasilkan tegangan kontak yang lebih kecil.
- Prinsip Desain Teknik Mesin, Liubomir Dimitrov

Dalam aplikasi sepeda tidak ada kecepatan tinggi atau beban tinggi (dibandingkan dengan mobil atau mesin industri). Namun, saya akan berasumsi bahwa "tegangan kontak yang lebih kecil" akan menghasilkan masa pakai bearing yang jauh lebih lama, bahkan jika air dan kontaminan menembus bearing. Dan masih satu-satunya waktu saya telah mendengar tentang bantalan roller sepeda (pin) adalah di Lefty hyped .

Mengapa bantalan bola digunakan secara eksklusif di sepeda misalnya di headset di mana beberapa gesekan kecil tidak akan menjadi masalah?

Saya pikir beberapa asumsi Anda salah:

1. tidak ada kecepatan tinggi: dinamo rim berputar cukup cepat, hingga 10.000rpm, dan itu memang membutuhkan upaya dari pihak desainer. Biasanya roda penggerak pada mereka akan memiliki jari-jari sekitar 1 cm, atau keliling 3 1/3 cm dan 30 putaran per meter. Pada 10m / s (30kph) itu berarti 300rps atau 18000 rpm. Inilah sebabnya mereka membuat suara rengekan bernada tinggi saat digunakan.
2. tidak ada torsi tinggi: pengendara sepeda 100kg yang berdiri di atas engkol 165mm mengerahkan sekitar 1kN pada 0,165m, atau 165Nm. Torsi yang sebanding dengan mobil kelas menengah. Saya berulang kali menjentikkan baut tarik tinggi 8mm dalam sistem penggerak sepeda roda empat, dan menggantinya dengan freewheels industri berarti membeli dua unit dengan nilai tertinggi yang dapat saya temukan (suku cadang ban berjalan Jerman yang diberi peringkat 250Nm)
3. Tanpa beban tinggi: pengendara sepeda touring dengan 50kg di rak belakang, ditambah setengah dari berat badan 100kgnya, menempatkan beban 100kg atau 1kN pada poros belakang berlubang berdiameter 10mm. Gandar dan dropout yang ditanggungnya harus terbuat dari baja keras untuk menahan beban, tempat bagian yang memuat mobil atau truk biasanya terbuat dari baja yang lebih lunak.
4. Hanya bantalan bola yang digunakan: kurung bawah modern yang disegel biasanya menggunakan bantalan rol atau jarum, seperti halnya banyak headset. Hub yang diarahkan secara internal telah menggunakan bantalan jarum selama bertahun-tahun. Sheldon Brown menjelaskan bantalan rol di glosariumnya , misalnya.

Jawabannya adalah bahwa berbagai jenis bantalan telah digunakan dalam sepeda dan kemungkinan akan terus berlanjut. Sekali lagi, Sheldon membahas bantalan jarum di roda hub Shimano dari beberapa tahun yang lalu dan mereka masih disebutkan dalam pemasaran .

Satu masalah yang tidak unik pada sepeda tetapi terutama yang relevan bagi mereka, adalah bahwa bantalan yang lebih presisi lebih rentan terhadap kerikil dan juga kerusakan. Jadi terutama bantalan jarum harus dilindungi dengan hati-hati dari debu, pasir, dan gaya di luar jangkauan desain mereka. Sayangnya melakukan itu di dalam unit suspensi sulit, dan terakhir kali saya melihat Cannondale tidak menyelesaikan masalah (HeadShock saya tidak dapat dipelihara setelah hanya sekitar 10Mm, saya telah melihat beberapa guncangan kidal gagal selama balapan karena hujan ringan dan grit halus menyebabkan mereka mengikis menjadi tidak berguna dengan sangat cepat)

Tetapi di dalam hub atau headset, misalnya, mereka bisa luar biasa. Saya sudah bicara dengan orang-orang yang sudah mengendarai Alfine 8 20mm, misalnya, tanpa masalah.

Pertama saya tidak setuju dengan komentar tentang kecepatan tinggi. Bantalan kecepatan tertinggi adalah polos: bantalan poros engkol dalam mesin mobil ukuran penuh adalah polos, sedangkan dalam model yang dikendalikan radio, bantalan bola digunakan. Jika kecepatan (diameter rpm x) tinggi, efek baji oli cenderung memusatkan poros (pelumasan hidrodinamik). Ini dapat lebih ditingkatkan jika minyak dipompa.

Bantalan rol lurus sangat bagus untuk menopang beban radial, tetapi tidak berguna untuk mendukung beban aksial. Jika tidak ada beban aksial (misalnya generator yang digerakkan oleh mesin, baik secara langsung melalui spline geser atau melalui penggerak sabuk) itu adalah solusi yang baik. Dalam sebagian besar aplikasi sepeda, gaya aksial hadir, oleh karena itu total 3 bantalan harus dipertimbangkan: roller, ditambah gaya aksial di masing-masing dari dua arah. (dalam beberapa aplikasi Anda mungkin menemukan bantalan biasa untuk dorongan aksial kecil, tapi saya tidak bisa memikirkannya di atas sepeda.)

Bantalan bola jauh lebih sederhana untuk dibuat, dan dua bantalan bola membentuk sambungan serbaguna yang hebat. Pada roda sepeda, kedua bantalan berada di ujung poros, sejauh mungkin terpisah, yang merupakan tempat kami membutuhkannya untuk menahan torsi non-aksial yang diterapkan pada roda. Dalam hal ini, bagian tengah dari bantalan rol tidak melakukan apa-apa, jadi Anda mungkin menginginkan dua bantalan rol, satu di setiap ujung, ditambah beberapa bantalan tambahan untuk gaya dorong aksial (semakin rumit bukan?) Solusi yang lebih baik adalah untuk memiliki satu bantalan bola di setiap ujung poros, dengan bentuk kerucut , yang memungkinkannya menahan gaya radial dan aksial. Memang ada bantalan rol tirus, tetapi mereka membutuhkan sangkar untuk membantu memandu rol, yang menghindari kebutuhan empat bantalan pada roda, tetapi menambah kompleksitas lainnya.

Akhirnya, headset pasti membutuhkan semacam bantalan antifriction. Ada torsi nonaksial yang sangat besar: berat badan Anda mencoba mendorong garpu ke atas dan ke depan, kecuali ketika Anda mengerem, ketika mereka akan didorong kembali. Untuk bisa menyetir dengan benar, Anda memerlukan gerakan yang lancar di sana. Siapa pun yang mencoba mengendarai sepeda dengan headset yang rusak akan tahu bahwa itu mungkin, tetapi tidak nyaman dan berbahaya.

Jawaban saat ini memberikan banyak alasan teknis untuk penggunaan bantalan bola sambil mencatat bahwa jenis bantalan lain kadang-kadang digunakan pada sepeda.

Namun mereka kehilangan faktor terpenting. Bantalan bola murah!

Anda akan melihat bantalan kartrij yang tertutup rapat di banyak kurung bawah, yang menggunakan bantalan rol. Juga umum di set kepala. Ball bearing lebih banyak digunakan pada sekitar 10 tahun yang lalu. Tetapi masih umum di pedal dan hub.

Bantalan rol dan bantalan bola, efisien. Jika Anda menggunakan bantalan biasa untuk roda, mis. PTFE-bushing, sepeda akan bekerja, tetapi menjadi agak berat untuk mengayuh, tidak terlalu menyenangkan ... Bantalan plastik juga membuat sepeda menjadi lebih kaku, yang dapat terasa tidak nyaman, dapat dengan mudah masuk ke resonansi diri dan mulailah bergoyang-goyang jika frekuensi egen terlalu rendah, tetapi bagian itu sangat tergantung pada desain detailnya. Anda dapat menggunakan bantalan perunggu logam, tetapi mereka membutuhkan pelumasan.

Untuk bantalan bola headset juga biasa digunakan. Saya baru saja mengganti bantalan bola kepercayaan untuk headset di sepeda lama saya dengan bantalan delrin buatan (plastik Acetal) yang saya buat sendiri di mesin bubut, karena yang lama berkarat dan saya menemukan yang baru agak mahal ... Hasil: Ya, bantalan biasa delrin berfungsi dengan baik untuk headset, itu akan lebih berat untuk mengubahnya jika Anda ingin sama kaku dengan bantalan bola, tetapi tidak masalah ... Ini bisa menjadi sedikit stick-slip dengan bantalan biasa di kepala -set, ini mungkin adalah alasan utama mengapa bantalan bola biasanya digunakan - kaku dan berubah halus - dan Anda akan merasakan kontrol.